Модель воздушного массового потока двухфазного кулачка двигателя с искровым зажиганием

Чтобы вычислить массовый расход всасываемого воздуха для двигателя, оснащенного кулачковыми фазерами, можно сконфигурировать двигатель с искровым зажиганием (СИ) с двухзависимой моделью массового расхода всасывающего воздуха кулачкового фазера. Как показано, расчет массового расхода всасываемого воздуха двигателя с искровым зажиганием (СИ) состоит из следующих шагов:

Сбор физических измерений
Оценка идеальной захваченной массы
Исправление захваченной массы
Вычисление массового расхода всасываемого воздуха

Модель массового расхода всасываемого воздуха с двумя независимыми кулачками реализует уравнения, которые используют эти переменные.

$M_{t r a p p e d}$	Оценка идеальной захваченной массы
$T M_{c o r r}$	Перехваченный множитель коррекции массы
$T M_{f l o w}$	Скорость потока жидкости, эквивалентная скорректированной захваченной массе при текущей скорости вращения двигателя
${\dot{m}}_{i n t k i d e a l}$	Массовый расход воздуха на входе в Engine при произвольных углах кулачкового фазера
${\dot{m}}_{i n t k i d e a l}$	Массовый расход порта всасывания Engine при произвольных углах кулачкового фазера
${\dot{m}}_{a i r}$	Окончательная коррекция массового расхода воздуха всасывания Engine при установившихся углах кулачкового фазера
${\dot{m}}_{i n t k}$	Массовый расход порта всасывания Engine при установившихся углах кулачкового фазера
$y_{i n t k, a i r}$	Массовая доля воздуха впускного коллектора Engine
$M A P_{I V C}$	Давление впускного манифольда при КВД
$M A T_{I V C}$	Температура впускного манифольда при КВД
$M_{N o m}$	Номинальная масса всасываемого воздуха цилиндра двигателя при стандартных температуре и давлении, максимальный объем поршня в нижней мертвой точке (BDC)
$I A T$	Температура всасываемого воздуха
$N$	Скорость вращения двигателя
$N_{c y l}$	Количество цилиндров двигателя
$V_{I V C}$	Объем гидроцилиндра при КВД
$V_{d}$	Перемещенный объем
$R_{a i r}$	Идеальная газовая константа
$P_{A m b}$	Давление окружающей среды
$T_{s t d}$	Стандартная температура
$P_{s t d}$	Стандартное давление
$ρ_{n o r m}$	Нормированная плотность
$φ_{I C P}$	Измеренный угол поршня всасывания
$φ_{E C P}$	Угол выхлопного кулачка-фазера
$L_{i d e a l}$	Нагрузка на Engine (нормированная масса воздуха в гидроцилиндре) при произвольных углах кулачкового фазера, нескорректированная для окончательных углов статического кулачка
$L$	Нагрузка на Engine (нормированная масса воздуха в гидроцилиндре) при произвольных углах кулачкового фазера, исправленная на окончательные установившиеся углы кулачка
$C p s$	Обороты коленчатого вала на штрих степени
$f_{V i v c}$	Объем гидроцилиндра в таблице IVC
$f_{T M c o r r}$	Таблица коррекции захваченной массы
$f_{a i r i d e a l}$	Таблица массового расхода всасываемого воздуха
$f_{a i r c o r r}$	Таблица коррекции массового расхода всасываемого воздуха

Сбор физических измерений

В модели двигателя с искровым зажиганием модель массового расхода всасываемого воздуха с двумя независимыми кулачковыми фазерами требует следующих физических измерений:

Температура и давление впускного коллектора при условии впускного клапана (ИВК)
Угол фазы впускного кулачка
Угол фазы вытяжного кулачка
Скорость вращения двигателя
Давление и температура окружающей среды
Массовый расход всасываемого воздуха от одного или нескольких из следующих
- Измеритель воздуха в баке
- Датчик воздуха-топлива широкой области значений и топливо-расходомер
- Широкая область значений датчика воздуха-топлива и импульсной ширины форсунки

Оценка идеальной захваченной массы

Модель массового расхода всасываемого воздуха с двумя независимыми кулачковыми фазерами использует Идеальный закон о газе, чтобы оценить идеальную захваченную массу при условиях впускного коллектора. Расчет предполагает, что давление и температура в гидроцилиндре при КВД равны давлению и температуре впускного коллектора.

$M_{t r a p p e d} ≅ \frac{M A P_{I V C} V_{I V C}}{R_{a i r} M A T_{I V C}}$

Для двигателей с переменной фазировкой кулачка всасывания изменяется захваченный объем в КВД.

Объем цилиндра на таблице закрытия впускного клапана (ИВК), $f_{V i v c}$ является функцией угла фазера впуска кулачка

$V_{I V C} = f_{V i v c} (φ_{I C P})$

где:

$V_{I V C}$ - объем цилиндра в КВД, в л.
$φ_{I C P}$ - угол входного кулачка-фазера в степенях усовершенствования кривошипа.

Правильная захваченная масса

Модель расхода всасываемого воздуха с двумя независимыми кулачками использует коэффициент коррекции для расчета различия между идеальной захваченной массой в цилиндре и фактической захваченной массой. Коэффициент коррекции захваченной массы является интерполяционной таблицей, которая является функцией нормализованной плотности и скорости вращения двигателя.

$ρ_{n o r m} = \frac{M A P_{I V C} I A T}{P_{A m b} M A T_{I V C}}$

Таблица коэффициентов коррекции массы в ловушке, $f_{T M c o r r}$ , является функцией нормированной плотности и скорости вращения двигателя

$T M_{c o r r} = f_{T M c o r r} (ρ_{n o r m}, N)$

где:

$T M_{c o r r}$ , является захваченной массой коррекции умножителем, безразмерным.
$ρ_{n o r m}$ нормированная плотность, безразмерная.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.

Нормированная плотность учитывает положение дросселя независимо от заданной высоты.
Скорость вращения двигателя рассчитывает пульсационные эффекты движения поршня.
Давление окружающей среды измеряется датчиком на электронном модуле управления (ECU) или оценивается с помощью модели обратного дроссельного клапана.
Оценка или измерение температуры всасываемого воздуха (IAT) перед дросселем.

Захваченный массовый расход выражается как скорость потока жидкости в граммах в секунду (г/с). Захваченный массовый поток является максимальным массовым расходом газа через двигатель, когда в цилиндре не остается остаточных газов на конце штриха выпуска.

$T M_{f l o w} = \frac{(1000 \frac{g}{k g}) N_{c y l} T M_{c o r r} M_{t r a p p e d} N}{(\frac{60 s}{m i n}) C p s}$

Вычисление массового расхода воздуха

Чтобы определить массовый расход воздуха на всасе двигателя при произвольных углах кулачковой фазы, модель воздушного потока двухъядерного кулачкового фазера использует интерполяционную таблицу.

Интерполяционная таблица модели массового расхода всасывания фазера является функцией углов кулачка выхлопа и массового потока захваченного воздуха

${\dot{m}}_{i n t k i d e a l} = f_{i n t k i d e a l} (φ_{E C P}, T M_{f l o w})$

где:

${\dot{m}}_{i n t k i d e a l}$ - массовый расход порта всасывания двигателя при произвольных углах кулачкового фазера, в г/с.
$φ_{E C P}$ - угол выхлопного кулачка-фазера, в степенях задержки кривошипа.
$T M_{f l o w}$ - скорость потока жидкости, эквивалентная скорректированной захваченной массе при текущей скорости вращения двигателя, в г/с.

Фазирование выхлопного кулачка оказывает значительный эффект на долю сжигаемого газа. Во время штриха выхлопа кулачковая фаза выхлопа влияет на положение выпускного клапана при закрытии выпускного клапана (EVC) относительно положения поршня. Замедленный (поздний) угол фазы вытяжного кулачка перемещает EVC мимо верхней мертвой точки поршня (TDC), заставляя выхлопной газ вытекать обратно из коллектора в цилиндр. Этот откат приводит к повторному сжиганию трещинных объемных газов, уменьшая выбросы оксида азота и диоксида азота (NOx) посредством снижения температуры заряда и выбросов углеводородов (HC). Температура выхлопа и обратное давление влияния время обратного потока выхлопного газа и кулачка выхлопа. Температура и давление выхлопных газов коррелируют с захваченным массовым расходом. Поскольку по меньшей мере 80% захваченного массового потока является несгоревшим воздухом, массовый поток воздуха сильно коррелирует с массовым потоком захваченного воздуха.
Массовый расход несгоревшего воздуха определяет нагрузку двигателя и регулирование топлива без разомкнутого контура, чтобы достичь целевого состава топливно-воздушной смеси (AFR).
Интерполяционная таблица позволяет произвольные комбинации положения кулачка-фазера, которые могут происходить во время операций переходного двигателя, когда фазеры перемещаются из одного целевого положения в другое.

Интерполяционная таблица коррекции массового расхода всасываемого воздуха, $f_{a i r c o r r}$ , является функцией идеальной нагрузки и скорости вращения двигателя

${\dot{m}}_{a i r} = {\dot{m}}_{i n t k i d e a l} f_{a i r c o r r} (L_{i d e a l}, N)$

где:

$L_{i d e a l}$ - нагрузка на двигатель (нормированная масса воздуха в гидроцилиндре) при произвольных углах кулачка-фазера, нескорректированная для конечных углов статического кулачка-фазера, безразмерная.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.
${\dot{m}}_{a i r}$ - окончательная коррекция массового расхода всасываемого воздуха двигателя при установившихся углах кулачкового фазера, в г/с.
${\dot{m}}_{i n t k i d e a l}$ - массовый расход порта всасывания двигателя при произвольных углах кулачкового фазера, в г/с.

Чтобы вычислить массовый расход порта всасывания двигателя, модель двигателя использует это уравнение.

${\dot{m}}_{i n t k} = \frac{{\dot{m}}_{a i r}}{y_{i n t k, a i r}}$
Идеальной нагрузкой является нормированная несгоревшая масса всасываемого воздуха цилиндра двигателя перед окончательной коррекцией. Чтобы вычислить идеальную нагрузку, модель делит несгоревшую массу всасываемого воздуха на номинальную массу всасываемого воздуха гидроцилиндра. Номинальная масса всасываемого воздуха гидроцилиндра - масса всасываемого воздуха (кг) в цилиндре в нижней мертвой точке поршня (БДЦ) с воздухом при стандартной температуре и давлении:

$\begin{array}{l} M_{N o m} = \frac{P_{s t d} V_{d}}{N_{c y l} R_{a i r} T_{s t d}} \\ L_{i d e a l} = \frac{(\frac{60 s}{m i n}) C p s {\dot{m}}_{i n t k i d e a l} y_{i n t k, a i r}}{(\frac{1000 g}{k g}) N_{c y l} N M_{N o m}} \end{array}$
Конечная нагрузка на двигатель выражается

$L = \frac{(\frac{60 s}{m i n}) C p s {\dot{m}}_{a i r}}{(\frac{1000 g}{K g}) N_{c y l} N M_{N o m}}$

См. также

SI Controller | SI Core Engine

Документация